市政排水系统应对暴雨积水的优化措施研究

摘 要：对市政排水系统采取科学合理的优化措施可以有效提高系统的耐用性及排水效率。该文以暴雨积水的实际案例为例，对其影响因素进行总结分析，并提出相应的优化措施。基于不同的优化措施的对比得出，在单方案对比中，调蓄池对径流总量和溢流总量的的控制效果最佳，且当重现期p≥2时，4种措施对溢流总量的控制效果随重现期的增加呈现先增加后减小的趋势。在组合方案对比中，4种组合方案对径流总量的控制效果随着重现期的增加而减小，且方案二和方案四的效果优于方案一和方案三；对溢流总量的控制效果上，结合消减率的变化特点，方案四对溢流总量控制效果最好。

关键词：排水系统；暴雨积水；溢流总量；重现期；径流总量

中图分类号：TU992 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）31-0157-04

Abstract： Taking scientific and reasonable optimization measures for municipal drainage systems can effectively improve the durability and drainage efficiency of the system. This paper takes the actual case of heavy rain and water accumulation as an example to summarize and analyze its influencing factors and propose corresponding optimization measures. Based on the comparison of different optimization measures，u/i62xqJ4Z8Q41dtNdJ3Cb6SoJfHVpS5TMTHODWfkTA= it is concluded that in the comparison of single schemes， the control effect of the regulation and storage tank on the total amount of runoff and overflow is the best， and when the return period p≥2， the control effects of the four measures on the total amount of overflow show a trend of increasing first and then decreasing with the increase of the return period; in the comparison of combined schemes， the control effects of the four combination schemes on the total amount of runoff decrease with the increase of the return period， and the effects of Scheme 2 and Scheme 4 are better than Scheme 1 and Scheme 3; in terms of the control effect of the total overflow amount， based on the changing characteristics of the reduction rate， the fourth option has the best effect on the total overflow amount control.

Keywords： drainage system; rainstorm water; total overflow; return period; total runoff

随着社会经济的快速发展和城市化进程的加快，全球众多城市面临着气候变化带来的影响，特别是暴雨等极端天气的频发，对城市的基础建设尤其是市政排水系统提出了更高的要求。市政排水系统的设计与效能直接关系到城市运行的稳定性和居民的生命财产安全。然而，现有的市政排水系统往往存在设计标准与实际需求不一致、排水设施维护不足、应急管理和预警系统不完善等问题，这些问题在暴雨期间显得尤为突出，直接导致城市积水和内涝频发，给城市的运行和居民的生活带来严重影响[1]。科学地对市政排水系统设计采取优化措施，可以有效提高排水系统的耐用性及效率。因此，市政排水系统的合理设计对于有效应对城市暴雨积水尤为重要。本文旨在深入探讨市政排水系统在应对暴雨积水时存在的问题，并提出针对性的解决措施，结合实际应对暴雨积水的案例进行分析，以期为城市规划者提供应对暴雨积水的建议和参考，共同构建更加高效和可持续的城市排水系统。

1 市政排水系统设计应对暴雨积水影响因素

1.1 设计标准与实际需求不匹配

市政排水系统的设计标准决定了市政系统的排水能力，是确保排水系统有效运行的前提。但是，有些城市在市政排水系统设计时未对当地的气候条件和降雨模式进行充分考虑，造成设计与实际情况不匹配的现象，可能导致该市政排水系统在实际应用中无法有效应对突发的暴雨事件。在设计时只依靠过往降雨数据，并未充分预测未来气候变化可能带来的一些极端暴雨情况。此外，随着城市化进程的快速发展使得城市中硬质地面增加，减少了雨水的入渗，从而增加了雨水径流，如果在设计时未能适配这种变化，将导致在暴雨期间排水系统无法及时排放大量雨水，造成积水或内涝的问题；同时，城市绿地的减少、不透水表面的增加及城市低洼地区的开发，都加剧了雨水径流增加这一问题[2]。

1.2 排水设施维护不足

市政排水系统的有效运行不仅取决于前期的设计标准，还依赖于日常对排水系统的维护和管理。然而，在对市政排水系统实际的管理中，一些排水管道和排水设施因为缺乏定期的清理和维护而出现破损、堵塞等问题。这些问题会降低排水系统的实际运行效率，特别是在暴雨期间无法达到设计的最大排水能力而造成积水和内涝等问题。老旧城区的市政排水设施因年代久远、设备更新换代不及时和管道内沉积物较大，易造成一些设备故障或管道堵塞，更容易在极端天气下出现故障。此外，市政排水系统的维护工作包括但不限于定期清理管道内的沉积物、修复破损管道、更新老旧的排水设施等，同时还需要专业的技术人员和设备支持，但是在一些城市中，由于财政预算的限制或对城市排水系统工作的重要性认识不足造成排水系统维护不及时，将导致一些排水系统问题无法及时解决而降低系统在暴雨期间的排水性能[3]。

1.3 应急管理和预警系统不完善

在市政排水系统中即使设计系统维护良好，但是在暴雨等极端天气事件面前仍需要有效的应急管理和预警提示来及时响应。目前部分城市的应急管理和预警系统还不够完善，如一些城市缺乏高效的积水检测和预警机制，在暴雨来临时无法及时通知到居民和相关部门来采取应对措施；同时，一些城市可能应急管理做得不足，造成应急排水设施和物资储备不足，在暴雨期间发生积水后无法快速采取有效的排水措施，从而加剧了内涝的影响[4]。此外，应急管理和预警系统的建立需要涉及气象部门的降雨预报、城市管理部门的积水监测、交通部门的应急响应等多个部门的协同合作，由于跨部门合作的复杂性及信息传递的延迟等问题和一些部门对暴雨预警的提示不够重视，容易造成预警不及时、应急管理不足等问题而增加排水系统的排水压力。

2 市政排水系统设计应对暴雨积水的优化措施

2.1 更新和完善设计标准

2.1.1 气候适应性优化设计

对气候进行适应性设计，重新评估和更新设计标准，邀请专家和组织专家团队对现有排水系统设计标准进行全面的分析和审查，确保设计标准能够适应当前和未来的气候条件；同时引用气候模型预测技术，利用模型分析历史降雨数据和未来气候变化趋势，提高设计的精准度和排水系统设计的重现期，确保能够适应极端暴雨情况。此外，在城市规划中大力推广和引入绿色基础设施和低影响开发（LID）措施，如雨水花园、渗透性铺装、绿色屋顶等来增加雨水的自然渗透和蓄存，同时对雨水循环流动过程进行模拟，减少硬质地面对水流的影响，进而强化城市雨水管理能力。同时要加强排水与排涝2套系统的衔接，其中市政排水CJ2Rz/tLfoJEXkEREjTGUSwQE3idR9jXXN7cm/A0Sdg=系统与城市排涝系统的关系如图1所示[5-6]。

2.1.2 城市化影响的分析

对雨水径流系数进行调整，针对城市化导致的硬质地面增加造成雨水径流系数改变的问题，对雨水径流系数进行重新评估，同时在对新城区和老城区改造过程中优先选用透水性材料和雨水收集系统，以此减少径流对排水系统的压力，确保排水系统设计能够应对增加的径流。另外，在城市规划和建设中，优先考虑保护和增加绿地、湿地等，利用绿地和湿地作为天然的雨水调蓄空间来提高城市的雨水容量。同时，对于低洼地区和易积水区域进行特殊排水设计，如增设额外的排水通道和调蓄设施；还可以采用先进的排水技术和智能控制系统，以此提高排水效率。

2.1.3 增设雨水收集与利用系统

在市政排水系统设计时增设雨水收集与利用系统，利用该设施收集地面和屋顶的雨水，并将雨水经过初步的过滤和处理后储存起来，以备不时之需。该系统可以减少直接排入城市排水系统的雨水量，从而降低在暴雨期间排水系统的负荷；同时，被储存起来的雨水可以用于城市绿化、冲厕、洗车等非饮用水的需求，从而达到既能节约水资源又能减轻排水系统压力的作用，在提升城市排水能力的同时，进一步改善了城市水资源的分级利用，实现了更合理和高效的水资源利用。

2.2 加强排水设施的维护和管理

2.2.1 制订维护计划

制订并执行定期的排水设施维护计划，主要包括清理排水管道内的垃圾和沉积物、检测和修复破损的管道，使暴雨期间排水管道能排水通畅；同时在检测管道时可以采用管道机器人和闭路电视检测等先进技术来提高维护工作的效率和准确性。对老旧城区内的排水系统进行改造和设备更新，并且在更新和改造时引入新材料和新技术，提升排水管道的耐久性和抗破坏能力。

2.2.2 提供资金和人力资源保障

市政排水系统的维护需要大量的资金投入，所以要确保有足够的财政预算可以用于排水系统的维护和管理，避免因为资金不足导致的维护工作滞后；同时可以通过政府投资和社会资本合作（PPP）模式，吸引更多的资金投入到市政排水系统的建设和维护中，以此减少因维护不足而造成的排水系统排水能力下降的问题。加大对专业维护人员的培训，通过定期的技能培训和新知识学习，提高维护人员的技能水平，以此提高维护工作的专业性和效率。

2.2.3 建立智能化排水防涝体系

智能化排水防涝体系是指运用现代信息技术，如传感器、物联网、大数据分析等，实现对城市排水系统的实时监控和动态管理。该体系通过部署传感器对降雨量、水位、流速等数据进行监测，并利用计算平台对数据进行分析和模拟，预测可能出现内涝的区域，并根据预测情况自动调整排水设施的运行，如启动泵站或打开特定的排水口，做到快速响应暴雨事件并减少内涝风险。

2.3 建立和完善应急管理和预警系统

2.3.1 建立积水监测及预警机制

暴雨期间积水的监测至关重要，建立积水监测网络，实时对市区内的积水进行监测，并利用物联网和大数据对监测到的数据进行收集和分析，提高监测数据的准确性和实时性。同时，要加强与气象部门的合作，并建立起暴雨预警系统，当有暴雨等极端天气时通过手机短信、手机应用、社交媒体和公共广播系统等及时发布预警信息，提前通知居民和相关部门采取预防措施。

2.3.2 完善应急管理

在暴雨预警时，制定详细的应急预案，包括人员疏散、交通管制、紧急排水等措施，并且要准备充足的应急排水设备和物资，如移动泵车、沙袋等，特别是在一些关键区域和易积水区域设置应急物资，确保在产生积水时能够迅速投入使用。此外，在日常还需要开展定期应急演练，以此提高应急响应的效率和协调性。

2.3.3 完善流域防洪工程体系

完善流域防洪工程体系，主要包括加固堤防、疏浚河道、建设和优化蓄滞洪区、加强水库和闸坝的调度等。这些完善措施可以增强流域洪水的整体调控能力，特别是在暴雨期间，通过合理规划和布局，可以有效地控制洪水，减少因暴雨造成的洪涝灾害。此外，在对流域防洪工程体系进行完善时，还需要提升河道泄洪能力、增强洪水调蓄能力、确保分蓄洪区功能等，从而形成多层次、全方位的防洪减灾体系。

3 市政排水系统应对暴雨积水的设计优化实例

3.1 项目概况

以陕西西安某地区作为研究对象，首先，西安地区降水较大，经常遭受暴雨，其主要环境原因是西安地处陕西盆地中部，地势相对较低，气候湿润，易受降雨影响；其次，西安受东亚季风的影响，夏季受到暖湿气流的影响，易发生大范围降水；再次，西安周边有秦岭和长白山等山脉环抱，使得湿空气被强制上升形成地形降水；最后，全球气候变暖也是引起雨水较大的重要原因。而西安一些地区由于排水系统年代久远加上城市化进程的推进，在遭受暴雨时系统损失程度较大，城市内涝问题较严重。为了解决这一问题，现对该地区进行排水优化，以期为市政排水系统的性能提升提供更多的指导。

3.2 暴雨内涝优化设计方案

为了解决该地区在暴雨期间的内涝现象，对该地区设置下沉式绿地、绿色屋顶、透水铺装和调蓄池，首先对这4种不同方式下不同重现期的径流总量和溢流总量控制效果进行分析，其中对径流总量的控制效果如图2所示，对溢流总量的控制效果如图3所示。通过图2可以得出，不同方式下对径流总量控制效果不同，其中调蓄池的消减率最大，下沉式绿地、透水铺装和调蓄池对径流总量的调控效果随重现期的增加而减少，绿色屋顶的径流总量效果随重现期的增加呈先减小后增加的趋势。总的来看，除了调蓄池外下沉式绿地对径流总量控制效果最佳。通过图3可以看出，4种措施中调蓄池和绿色屋顶变化趋势相似，且在重现期p≤3时对溢流总量的控制效果最好；当重现期p≥2时，4种措施对溢流总量的控制效果随重现期的增加呈现先增加后减小的趋势。

从图2和图3中可以看出，不同方案对径流和溢流的控制效果不同，为了综合各种方案的优势，对几种方案进行4种搭配组合，其中，方案一是下沉式绿地和绿色屋顶；方案二是下沉式绿地、绿色屋顶和透水铺装；方案三是下沉式绿地、绿色屋顶和调蓄池；方案四是下沉式绿地、绿色屋顶、透水铺装和调蓄池。对不同方案下对径流总VAj610uKLypZ5gTnIfp1LtG140H6XDTCOkKhVhU6SwY=量和溢流总量的控制效果进行分析，分析结果如图4和图5所示。由图4可以得出，4种方案对径流总量的控制均有效果，且对径流总量的控制效果随着重现期的增加而减小；并且，方案一和方案三的控制效果相同，方案二和方案四的_{C1nLYUUlWUGKuLLlYYAh1X4LrfphOKVxoeKsThbUvdA=}控制效果相同，方案二和方案四的效果优于方案一和方案三。通过图5可以得出，4种方案的变化波动较大，不同重现期控制效果不同，且方案一与方案二的控制效果基本呈下降趋势，方案三与方案四的控制效果呈先降后升的趋势；结合消减率的变化特点，对溢流总量控制效果最好的应为方案四。

4 结论

本文旨在深入探讨市政排水系统在应对暴雨积水时存在的问题，并提出针对性的解决措施，结合实际应对暴雨积水的案例进行分析。具体结论如下：

1）下沉式绿地、绿色屋顶、透水铺装和调蓄池4种优化措施对减少径流总量皆有效果，其中调蓄池的效果最好，其次是下沉式绿地；4种措施在对溢流总量的控制效果上，调蓄池的效果最好，在重现期p≤3时，4种优化措施的控制效果依次为调蓄池、绿色屋顶、下沉式绿地和透水铺装。

2）4种组合方案对径流总量和溢流总量的减少都具有效果，其中在对径流总量的控制中，方案二和方案四的效果更具优势；对溢流总量的控制效果上，4种组合方案的变化波动较大，其中方案四的波动相对平缓且方案四的消减率基本大于其他方案的消减率，总的来说，方案四对溢流总量控制效果最好。

参考文献：

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